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第七章 恒定磁场 §7.1 恒定电流 电动势 7-1-1 恒定电流和恒定电场 电流 ：大量电荷的定向运动。 ⑴ 导体中存在自由电荷； 形成电流的两个基本条件： ⑵ 导体中要维持一定的电场。 载流子：导体中承载电荷的粒子。 S 电流（I）：单位时间内通过导体任一横截面的电荷 。 单位：安培 导体中通过任一截面的电流不随时间变化（I = 恒量）。 恒定电流（直流电）： 电流的方向：导体中正电荷的流向。 维持恒定电流的条件是在导体内部建立恒定电场 恒定电场和静电场相同，也遵守静电场的高斯定理和环路定理。 结论： 产生恒定电场的电荷分布必须不随时间变化。 7-1-2 电流密度 电流密度：导体中单位时间内通过垂直于电流方向单位面积的电荷为导体中某点处电流密度 的大小， 的方向为该点正电荷定向漂移的方向。 载流子 浓度n ； 载流子电荷 q ； 载流子漂移速度 电流密度矢量： 通过任意曲面的电流 ： 单位： 7-1-3 电源和电动势 + + + + + + + + + 电源：提供非静电力的装置 外电路：电源外部的电路，电荷从高电势向低电势运动。 内电路：电源内部正、负两极之间的电路，电荷克服静电场力做功，从低电势向高电势运动。 非静电场：非静电力与试验电荷电荷量的比值 电动势：将单位正电荷沿闭合回路移动一周的过程中，非静电性电场力所做的功。 单位：V 结论：电源电动势在数值上等于把单位正电荷从负极经电源内部移到正极时非静电性电场力所做的功。 电源电动势的方向：电源内部电势升高的方向。 §7.2 磁场 磁感应强度 7-2-1 磁的基本现象 司南勺 （1）具有磁性，能吸引铁、钴、镍等物质。 （2）具有磁极，分磁北极N和磁南极S。 （3）磁极之间存在相互作用，同性相斥，异性相吸。 （4）磁极不能单独存在。 永磁体的性质： 在磁极区域，磁性较强 磁偏角 地球是一个巨大的永磁体。 1820年4月，丹麦物理学家奥斯特(H.C.Oersted，1777－1851）发现了小磁针在通电导线周围受到磁力作用而发生偏转。 磁铁对载流导线、载流导线之间或载流线圈之间也有相互作用。 实验发现： 磁现象与电荷的运动有着密切的关系。运动电荷既能产生磁效应，也能受磁力的作用。 结论： 1821年，安培提出了关于物质磁性的本质假说： 一切磁现象的根源是电流。磁性物质的分子中存在回路电流，称为分子电流。分子电流相当于基元磁铁，物质对外显示出磁性，取决于物质中分子电流对外界的磁效应的总和。 奥斯特像 H.C.Oersted （1777-1851） 奥斯特 丹麦物理学家。他寻找电与磁的关系的想法酝酿已久。1820年4月，奥斯特在一次讲课中，发现磁针在通电导线的作用下动了一下，后经反复实验，发现电流具有磁效应。1820年7月，发表了《电流对磁针的作用的实验》，引起学术界的轰动。他的实验第一个揭示了电和磁的联系，为电磁场理论的发展奠定了基础。 安培像 A.M.Ampere （1775-1836） 安培 法国科学家，由于家庭几经磨难，几乎没受过正规教育，只好以他父亲和百科全书做老师，但没有动摇他对科学的追求。奥斯特的实验,引起了安培的兴趣。他夜以继日地工作，于1820年9月发现电流间也存在着相互作用力，1820年12月，又提出了著名的安培定律，1825年提出分子电流假设。他的工作，为电动力学的研究和发展开拓了新的基础。 7-2-2 磁场和磁感应强度 运动电荷 磁场 运动电荷 恒定磁场：磁场分布不会随时间发生变化，一般可由恒定电流激发而在电流周围空间产生。 反映磁场性质的物理量：磁感应强度 磁感应强度 的方向： 小磁针在场点处时其N 极的指向。 静止电荷 静止电荷 电场 实验： 1. 点电荷q0以同一速率v沿不同方向运动。 实验结果： （4）电荷q0垂直磁场方向运动时， （3）电荷q0沿磁场方向运动时， （1） （2） 2. 在垂直于磁场方向改变运动电荷的速率v，改变点电荷的电量q0。 （1）在磁场中同一场点，Fmax/q0v 为一恒量； （2）在磁场中不同场点，Fmax/q0v 的量值不同。 实验结果： 定义磁感应强度 的大小： 国际单位制单位：特斯拉（T） §7.3 毕奥-萨伐尔定律 I 毕奥和萨伐尔用实验的方法证明：长直载流导线周围的磁感应强度与距离成反比与电流成正比。 7-3-1 毕奥-萨伐尔定律 毕奥-萨伐尔定律： 电流元在空间任一点 P 产生的磁感应强度 的大小与电流元 成正比，与距离 r 的平方成反比，与电流元 到场点P 的位矢之间的夹